一種快速可拆的燃料組件上部連接結構及其裝拆方法與流程

2023-11-11 15:40:48 7

本發明屬於核反應堆燃料組件技術領域，具體涉及一種快速可拆的燃料組件上部連接結構及其裝拆方法。

背景技術：

燃料組件上部連接是使燃料組件導向管上部與上管座連接起來的結構。目前afa3g燃料組件上部連接結構中，上管座與導向管採用可拆結構連接，即導向管上端與螺紋套筒脹接連接，帶裙邊的套筒螺釘穿過上管座連接孔擰入螺紋套筒，然後使用專用工具將套管螺釘的裙邊脹接到上管座連接板的凹槽內，防止套筒螺釘鬆動。燃料組件修復時，施加足夠的反向力矩可擰下套筒螺釘，從而取下上管座並更換破損燃料棒。由於afa3g上部連接採用螺紋連接，拆卸和復裝操作較為麻煩，耗時較多，達不到快速可拆的目的。且拆卸時可能造成套筒螺釘咬死，復裝時也可能產生套筒螺釘擰不到位的情況。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是現有燃料組件上部連接採用螺紋連接，拆卸和復裝操作較為麻煩，耗時較多，且拆卸時可能造成套筒螺釘咬死，復裝時也可能產生套筒螺釘擰不到位的情況，因此設計了一種快速可拆的燃料組件上部連接，該結構及其裝置拆方法能夠實現燃料組件上管座與導向管間的快速可靠連接，其安裝和拆卸快捷，節工省時，具有良好的維修性。

本發明通過下述技術方案實現：

一種快速可拆的燃料組件上部連接結構，包括上管座、連接套管以及鎖緊管，所述連接套管的頂端和鎖緊管的頂端均設置在上管座中，且鎖緊管的頂端設置在連接套管的頂端上方，鎖緊管的底端穿過連接套管的頂端設置在連接套管中，在連接套管的壁面和鎖緊管的壁面上均設置有向著遠離各自中心線的方向沿著徑向折彎形成的環形鼓脹，且在連接套管的外壁和鎖緊管的外壁上均設置有與各自內部連通的縱向切槽，且縱向切槽分別穿過對應的環形鼓脹後與對應的連接套管的頂端或鎖緊管的頂端連通，上管座中安裝連接套管和鎖緊管的導向管通孔內壁內凹形成若干個形狀與環形鼓脹相互匹配的環形擴槽，且環形鼓脹設置在對應的環形擴槽中。

在核反應堆燃料組件中，燃料組件上部連接是使燃料組件導向管上部與上管座連接起來的結構。目前新型燃料組件上部連接結構中，上管座與導向管需要採用快速可拆結構連接，才能滿足使用要求。而現在afa3g燃料組件上部連接採用螺紋連接方式，即導向管上端與螺紋套筒脹接連接，帶裙邊的套筒螺釘穿過上管座連接孔擰入螺紋套筒，然後使用專用工具將套管螺釘的裙邊脹接到上管座連接板的凹槽內，防止套筒螺釘鬆動。在燃料組件修復時，施加足夠的反向力矩可擰下套筒螺釘，從而取下上管座並更換破損燃料棒。由於afa3g上部連接採用螺紋連接，拆卸和復裝操作較為麻煩，耗時較多，達不到快速可拆的目的，且拆卸時可能造成套筒螺釘咬死，復裝時也可能產生套筒螺釘擰不到位的情況。申請號為201310012299.8的中國專利公開了一種旋轉可拆式導向管-上管座連接件，包括旋扣帽和旋扣套管，二者均為圓管結構，兩者之間緊密配合併通過旋扣結構連接；其中，旋扣帽的上部為彈性裙邊，彈性裙邊中下部設有半圓形凸起；彈性裙邊上周向均勻開有若干個縱向溝槽，縱向溝槽將彈性裙邊劃分為若干瓣；旋扣帽的內端面底端沿周向均布有與旋扣紋數量相同的凸起的旋扣卡扣，在彈性裙邊和旋扣卡扣間沿軸向開有若干操作接口；旋扣套管的上部外壁沿周向均勻布置和旋扣帽的旋扣卡扣匹配的旋扣紋和扣槽，與旋扣卡扣形成旋扣結構；旋扣套管的下部設有導向管接口。該結構應可以防止在燃料組件操作運輸和堆內運行時發生連接失效或鬆脫，同時在需要時可以通過遠程操作工具便捷的進行拆卸和重裝。但是該連接件需要施加一定的旋轉力矩才能實現安裝和拆卸，旋扣帽上的彈性裙邊無法起到快速定位和快速鎖緊的作用，因而該旋轉可拆式連接件達不到快速可拆的目的。尤其是在核反應堆燃料組件技術中，旋轉拆卸的方式容易造成對部件的刮削，造成出現局部凹凸不平，在旋合時容易出現縫隙，則連接易出現失效，這在核反應堆中是非常危險的現象。

本技術方案則是通過在連接套管的壁面和鎖緊管的壁面上均設置有向著遠離各自中心線的方向沿著徑向折彎形成的環形鼓脹，連接套管上段與鎖緊管上段均為彈性裙邊，連接套管和鎖緊管兩者均為圓管結構，相互之間緊密配合併通過各自的環形鼓脹與上管座導向管通孔內的環形擴槽相配合實現上部連接的鎖緊。在連接套管的外壁和鎖緊管的外壁上均設置有與各自內部連通的縱向切槽，且縱向切槽分別穿過對應的環形鼓脹後與對應的連接套管的頂端或鎖緊管的頂端連通，縱向切槽將彈性裙邊分割成若干瓣，上管座中安裝連接套管和鎖緊管的導向管通孔內壁內凹形成若干個形狀與環形鼓脹相互匹配的環形擴槽，在安裝時將環形鼓脹設置在對應的環形擴槽中，並且通過彈性裙邊被擠壓張開壓緊在環形擴槽中，以實現燃料組件上管座與導向管間的快速可靠連接。本技術方案通過在連接套管和鎖緊管上設置縱向切槽將側壁切開形成彈性裙邊，並結合環形鼓脹形成向外傾斜，同時環形鼓脹能夠與環形擴槽配合使得固定牢固，且在裝拆時只需有上下動作即可，而不需進行旋轉，就能達到快速可拆的目的。

同時還在連接套管的壁面和鎖緊管的壁面上均設置有若干個與其內部連通的退刀槽，且退刀槽分別設置在對應的縱向切槽下方並與縱向切槽底部連通。退刀槽是用於加工時便於刀具退出，消除應力集中，退刀槽為半圓形孔，其直徑大於縱向切槽的寬度，還將縱向切槽與對應的連接套管或鎖緊管軸線平行，且在連接套管或鎖緊管上的縱向切槽中相鄰的縱向切槽之間距離相等。這樣結構穩定，動作保持一致。

環形擴槽的數量最好設計為連接套管上的環形鼓脹和鎖緊管上的環形鼓脹數量之和。形成數量配合，既能夠保證連接時的穩定性，也不會浪費空間，環形鼓脹數量至少為兩個。

上管座的底部設置有導向口，且導向口呈喇叭狀，且端面較大的一端設置在上管座的底面上，端面較小的一端與導向管通孔尺寸相同並與導向管通孔端頭形成光滑連接，便於連接套管插入時起到引導作用，更加方便和精確定位。

一種快速可拆的燃料組件上部連接結構的裝拆方法，包括裝配過程和拆卸過程，其中裝配過程為：首先將連接套管沿著上管座的導向段插入到上管座的導向管通孔內，使得連接套管的環形鼓脹能夠與上管座的環形擴槽相配合；其次，將鎖緊管從上往下插入到上管座的導向管通孔內，使得鎖緊管的環形鼓脹能夠與上管座的環形擴槽相配合，同時，鎖緊管將連接套管的彈性裙邊往外撐開，使得連接套管的環形鼓脹與上管座的環形擴槽緊密地配合；拆卸過程：將工具穿過鎖緊管並徑向擴張以咬住鎖緊管的底邊，施加一個向上的軸向力，使鎖緊管局部變形後就可從連接套管中拉出，通過重新更換鎖緊管，就能夠完成燃料組件的修復。通過上述方法，其安裝和拆卸快捷，節工省時，具有良好的維修性。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

1、本發明通過連接套管與鎖緊管各自的環形鼓脹與上管座導向管通孔內的環形擴槽相配合，可以實現燃料組件上管座與導向管之間的快速可靠連接；

2、本發明通過專用工具可將鎖緊管從連接套管內快速拉出，便於遠程操作，可以實現燃料組件上管座與導向管之間的快速拆卸；

3、本發明通過重新插入鎖緊管，可以實現燃料組件的修復。本發明連接可靠，安裝和拆卸快捷，節工省時，具有良好的維修性。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發明燃料組件上部連接結構示意圖；

圖2為本發明的鎖緊管的結構示意圖；

圖3為本發明的連接套管的結構示意圖；

圖4為與實施例1相配的上管座結構示意圖；

圖5為實施例2的上部連接結構示意圖。

圖中，1-鎖緊管，2-連接套管，3-上管座，11-鎖緊管彈性裙邊，12-鎖緊管直段，13-鎖緊管環形鼓脹，14-鎖緊管縱向切槽，15-鎖緊管退刀槽，21-連接套管彈性裙邊，22-連接套管直段，23-連接套管環形鼓脹一，24-連接套管縱向切槽，25-連接套管退刀槽，26-連接套管環形鼓脹二，31-環形擴槽一，32-環形擴槽二，33-導向口，34-環形擴槽三。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本發明，並不作為對本發明的限定。

實施例1：

如圖1至圖4所示，一種快速可拆的燃料組件上部連接結構，其硬體結構包括上管座3、連接套管2以及鎖緊管1，其中連接套管2的頂端和鎖緊管1的頂端均設置在上管座3中，且鎖緊管1的頂端設置在連接套管2的頂端上方，鎖緊管1的底端穿過連接套管2的頂端設置在連接套管2中，在連接套管2的壁面和鎖緊管1的壁面上均設置有向著遠離各自中心線的方向沿著徑向折彎形成的環形鼓脹，且在連接套管2的外壁和鎖緊管1的外壁上均設置有與各自內部連通的縱向切槽，且縱向切槽分別穿過對應的環形鼓脹後與對應的連接套管2的頂端或鎖緊管1的頂端連通，上管座3中安裝連接套管2和鎖緊管1的導向管通孔內壁內凹形成形狀與環形鼓脹相互匹配的環形擴槽，並且環形擴槽的數量為連接套管2上的環形鼓脹和鎖緊管1上的環形鼓脹數量之和，且環形鼓脹設置在對應的環形擴槽中，還在連接套管2的壁面和鎖緊管1的壁面上均設置有若干個與其內部連通的退刀槽，且退刀槽分別設置在對應的縱向切槽下方並與縱向切槽底部連通。需要將縱向切槽與對應的連接套管2或鎖緊管1軸線平行，且在連接套管2或鎖緊管1上的縱向切槽中相鄰的縱向切槽之間距離相等。為了便於引導，還在上管座3的底部設置有導向口33，且導向口33呈喇叭狀，且端面較大的一端設置在上管座3的底面上，端面較小的一端與導向管通孔尺寸相同並與導向管通孔端頭形成光滑連接。連接套管1與鎖緊管2各自彈性裙邊的傾斜角度、環形鼓脹尺寸以及縱向切槽的個數可根據燃料組件上部連接的功能要求進行不同的設計。

鎖緊管1和連接套管2兩者均為圓管結構，相互之間緊密配合併通過各自的環形鼓脹與上管座3的導向管通孔內的環形擴槽相配合實現上部連接的鎖緊。為方便描述，將鎖緊管1分為兩段，其上段設置縱向切槽、退刀槽和環形鼓脹的部分命名為鎖緊管彈性裙邊11，下段直段命名為鎖緊管直段12，鎖緊管彈性裙邊11和鎖緊管直段12為一體化結構，鎖緊管1上的縱向切槽命名為鎖緊管縱向切槽14，鎖緊管1上的退刀槽命名為鎖緊管退刀槽15，鎖緊管1上的環形鼓脹命名為鎖緊管環形鼓脹13，將連接套管2分為兩段，其上段設置縱向切槽、退刀槽和環形鼓脹的部分命名為連接套管彈性裙邊21，下段直段命名為連接套管直段22，連接套管彈性裙邊21和連接套管直段22為一體化結構，各自直段的長度可根據燃料組件上部連接的功能要求進行不同的設計。鎖緊管彈性裙邊11和連接套管彈性裙邊21均向外傾斜。連接套管2上的縱向切槽命名為連接套管縱向切槽24，連接套管2上的退刀槽命名為連接套管退刀槽25，連接套管2上的環形鼓脹命名為連接套管環形鼓脹一23，上管座3中的環形擴槽數量為兩個，分別命名為環形擴槽一31和環形擴槽二32，其中環形擴槽一31設置在環形擴槽二32上方，裝配時，首先將連接套管2從上管座3的導向口33插入到上管座3的導向管通孔內，由於連接套管彈性裙邊21上開有連接套管縱向切槽24，使得連接套管環形鼓脹一23能夠與上管座3的環形擴槽二32相配合。其次，將鎖緊管1從上往下插入到上管座3的導向管通孔內，由於鎖緊管彈性裙邊11上開有鎖緊管縱向切槽14，使得鎖緊管環形鼓脹13能夠與上管座3的環形擴槽一31相配合。同時，鎖緊管1將連接套管2的連接套管彈性裙邊21往外撐開，使得連接套管2的連接套管環形鼓脹一23能夠與環形擴槽二32更加緊密地配合。當與導向管相連的連接套管2受到向下拉力時，連接套管2的連接套管環形鼓脹一23往下滑動，此時鎖緊管1向外壓迫連接套管2，產生摩擦力和徑向力，使得連接套管2的連接套管環形鼓脹一23不能脫離環形擴槽二32。當受到足夠大的拉力時，使得連接套管2的連接套管環形鼓脹一23完全被拉直時，連接套管2才會脫離上管座2上環形擴槽二32的約束。另外，鎖緊管1的鎖緊管縱向切槽14和連接套管2的連接套管縱向切槽24末端各設置有半圓形鎖緊管退刀槽15和連接套管退刀槽25其目的在於消除縱向切槽的應力集中。有限元仿真分析表明，本實施例的燃料組件上部連接所能承受的最大拉力能夠滿足燃料組件上部連接的功能需求。

燃料組件上部連接拆卸時，只需將專用工具穿過鎖緊管1並徑向擴張以咬住鎖緊管1的底邊，施加一個向上的軸向力，使鎖緊管1局部變形後就可從連接套管中拉出。通過重新更換鎖緊管，就可以完成燃料組件的修復。

本實施例的燃料組件上部連接結構安裝和拆卸極為簡便快捷，定位準確可靠，節工省時。鎖緊管1和連接套管2與上管座3連接均為機械鎖定連接，無需脹形。

實施例2：

在實施例1的基礎上，本實施例對燃料組件上部連接結構作進一步限定：如圖5所示，為增加燃料組件上部連接的可靠性，可在連接套管2的連接套管彈性裙邊21上再增設一道環形鼓脹，命名為連接套管環形鼓脹二26，即連接套管2上設置兩道環形鼓脹。相應地，上管座3的導向管通孔內也增設一道環形擴槽，命名為環形擴槽三34，應便與連接套管2增設的環形鼓脹相配合。通過連接套管2與上管座3上兩道環形鼓脹和環形擴槽的配合，可大幅增加燃料組件上部連接的可靠性以及所能承受的最大拉力。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。